本文发表于《科幻大王》2000-2001年度“科幻之翼”专栏。对一些幻想（例如能不能实现时间旅行等）展开推理和想象。追溯过去的人类幻想如今是否已经实现，或能不能实现。属于讲座性质，不是小说。
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反世界在哪里？
飞腾科幻军团/绿杨
最饶有趣味而又令人惊奇的事情，莫过于你可以在另外一个世界里看到你自己的复制品了。你们是如此的相象，哪怕你有一颗痣，他在相同的地方也有一颗。这简直就是你同卵的双胞胎！
他决不是你的克隆人，因为你们有一点不同的地方：你们两位的左和右（也可以是上下，这随观察者的方向而定。）是相反的，你的左手是他的右手。假如你那颗可爱的黑痣长在左侧嘴角上，他的痣则在嘴角右边。
当然你立刻就会反驳说；这有什么可希奇的？只要在一面大镜子前一站，谁都可以看见这个相同而又反转的世界。
是的，人们把镜子里的影象叫做镜象，镜象里的影子既和实体是相同的又是相反的。他处处模仿你的模样和你的行动，一举一动、举手头足都那么唯妙唯俏，毫无二致之处。然而他总是和你唱反调，如果你习惯用右手写字、抹口红，他则肯定是个左撇子！
但是我们要在这里讨论的镜象世界不是指的这个，我们要说的是粒子物理学的"反世界"。在这个奇异的国度里，实体和镜象虽然完全相似，但却完全是另外一个人。镜象并不模仿你的行为，甚至过着和你完全不同的生活。
这个奇怪的反世界，是现代物理学所描述的由反物质所构成的反世界，也可以叫做反宇宙--如果它独立于我们宇宙的话。那儿的人叫做反人，猪叫反猪，水叫做反水，总之那里的物质叫做反物质。
当然，"反"是我们的说法。我们看他不顺眼，就说他是反的。实际上他也有叫我们反人的权利。
反物质是什么东西？
我们得先说说什么是物质。宇宙里的一切都属于物质和非物质两大类，简单说物质是山川河流、笔墨纸张等有形有质量的东西；万有引力、电磁波等则属于非物质之类。
所有物质都是由原子构成的。原子又是由电子、质子、夸克等更微小的粒子组成的。归根结底，任何物质都是由粒子构成的。
粒子都带有电荷，电子带负电荷，质子带正电荷。我们把这样的物质称为 "正"的物质，通常就简称为物质。相反，假如电子带的是正电荷，那么它就成了相反的电子，即反电子；质子带负电荷的话，它就是反质子。凡是由这些反的粒子组成的物质就是所谓的"反物质"。
我们生存的世界无疑是"正"物质的世界。那么，有没有一个由"反物质"构成的反世界存在呢？当然，科幻小说里的反世界不算在内。
回答这个问题，首先要确定世界上究竟有没有反粒子存在。如果根本不存在什么反粒子，那就不存在反物质，更谈不上什么反世界了。这会大大地挫伤我们的好奇心。
幸而，反粒子是确实存在的。1932年美国科学家安德逊等在宇宙线中发现了带正电荷的反电子，这是发现的第一个反粒子。1955年塞格雷等美国物理学家在加速器上人工地第一次制造出了反质子。到1996年，欧洲核子研究中心实验室还用反粒子合成出了9个反氢原子。至此，世界上存在着反电子、反质子等反物质已是无可置疑的事实了。
证实了反物质还不等于存在一个真正的反世界。因为它非常稀少，在自然界中它只是偶尔露脸，1998年以前科学家只捕获过空间的10几个反粒子，后来才由通过气球升到36，000米高空的探测器检出了总共471个反质子。由实验室制造的反粒子在理论上说是可以无限制的，而实际上很困难。因为反粒子很快就和周围物质的原子发生湮灭反应，猛烈爆炸而消失（同时释放出高能的伽马射线），故而很难把这样一个热衷于湮灭的"反炸弹"保存起来。
现在情况清楚了，在我们视线所及的有限空间里只有少量的反物质，不存在拥有反星球、反星系的庞大反世界。那么，银河系深处或者更远的河外空间乃至宇宙边缘的天涯海角上，会不会有这样的反世界？
这取决于宇宙空间中有多少反物质。如果有足够数量的反物质，就可能形成一个反世界。
从物质产生的方式来说，空间里应该是有足够多的反物质的。为了搞清楚这一点，先要知道宇宙里的物质（及反物质）是从哪里来的。说来难以置信，物质象魔术师帽子中飞出来的鸽子一样，是从"零"这个乌有中蹦出来的。
从乌有中产生物质！谁能来试试向乌有要一份粉嫩的油煎排骨？
这不是神话。最容易证明乌有如此慷慨大度的，是太空中横冲直撞的宇宙射线。宇宙线本身不是物质，是能量的辐射。科学家早就观察到，宇宙线击中大气层中的原子时，新的物质就诞生了--撞击时失去的能量变成了物质：产生出一个电子和一个反电子，连锁反应又使电子对的数量不断增加，其中正、反电子各占50%。如果用公式表示，就是：
0=（+1）+（-1）
公式中，0表示撞击之前并没有电子对存在。撞击后，0变成一个正电子和一个反电子，物质就这样在撞击点上诞生 出来了。
这有点不可思议。但油煎排骨是要"收费"的，费用就是撞击所消耗掉的能量。能量变成物质，质能等价交换，这不违反爱因斯坦相对论的定律。
这是说明物质产生的一个例子。宇宙线所产生的正、反粒子微乎其微，不是世界万物的起源。宇宙中众多物质是从大爆炸中诞生出来的。根据《相对论》，大爆炸迸发的能量转换成了宇宙空间的粒子和恒星等物质。爱因斯坦的理论认为，由能量转换为物质的时候，物质（粒子）总是正、反各占一半。上帝是不偏不倚的，宇宙线撞击出的电子对就是个证明。
然而令人困惑不解的是，既然上帝不偏不倚，我们的宇宙里（正）物质和反物质的数量应该一样多。有一颗恒星，就应该有一颗反恒星，有一个银河就应该有一个反银河。而事实上，和大量的（正）物质相比，宇宙空间的反物质竟是如此之少！为什么我们从来没有找到过一个反星球、甚至一颗小流星？它在哪儿呢？
一种解释是反粒子很快就和身边的粒子湮灭了。（+1）+（-1）=0，没有了。
但是这样的解释是说不通的。既然它们一对一地相互湮灭，那么-1消失的同时+1也应该一起消失才对。而我们的物质世界（由+1构成的）却仍旧好好地在那里，那样广袤、那样美丽。为什么偏偏就反世界独个儿消失了？难道0=+1不成？如果爱因斯坦没错，就是这个解释错了。
在这个问题上爱因斯坦大概不会错。
然而这样的话，一半对一半的湮灭之后，宇宙空间应该是空无一物的！没有（正）粒子，也没有反粒子，什么都没有剩下，一片虚无。
这无疑不符合事实，我们天天看见太阳在东方升起，看见夜空充满着闪烁的繁星。我们能摘下春天的绿叶，能聆听秋日的蝉鸣--这怎么能说宇宙是空的？科学家为此伤透了脑筋。
对等湮灭之后宇宙为什么不是一片虚无，而是充满星星？
可能的解释有两种。一种解释说，宇宙空间深处确实有反星球和反星系。由于太遥远，我们没能发现这个反世界。这种说法的依据是，河外星系的膨胀就是正反物质湮灭释放的爆炸能量造成的，因此反世界并非不存在。如果这样，有朝一日未来的哥伦布总会找到它的。不过这种可能性非常之小，假如宇宙深处真有这么一个反世界的话，它和我们世界的交界边缘处就会不断发生湮灭事件，而我们迄今并没有探测到这样的大规模湮灭所爆发出的高能辐射。
话说回来，所谓"没有探测到"未必完全是事实，科学家不时在空间里发现来源不明的神秘强烈辐射，但他们把它归之于黑洞在吞噬星球时释放出来的，或是别的辐射源发出来的罢了。
总之，远方的反世界我们目前既不能否定、也没法证实，唯有等着瞧了。
另外一种解释是，大爆炸后产生的正、反物质不是按50%对50%地对等湮灭。反物质在湮灭之前就丢失了一部分，湮灭之后正物质就多出来了。
这个解释是否正确，关键在于要能够说清楚反物质是怎样丢失的。反物质不会自己跑到空间外面去组织一个新的反世界，那它到哪里去了呢？
最大的可能性是反粒子的衰变速度特别快，它诞生后不久就迅速衰变而寿终正寝了。相反，（正）粒子的寿命则比它长。
根据这一设想，科学家描绘出一幅创世大爆炸时物质诞生的图景。大爆炸时巨大的能量变成了物质的粒子，这些粒子总是正、负各占半数，即0=（+1）=（-1）。宇宙是这样保持世界平衡的。但正、反粒子虽然同时诞生，而短命的反粒子在发生湮灭之前很快就衰变、消失了，而正粒子则仍然神气十足地活着。于是，发生湮灭之后仅存的反粒子几乎全军覆没、消失殆尽，剩下来的全部都是正的粒子。这些粒子最终构成了恒星和各种天体，包括地球和我们人类。
这就是宇宙空间找不到反物质的原因，也是宇宙中能够有、也只有（正）物质存在的缘故。
这幅图景看来是合理的，但它违反了物理学一条重大定律：宇称守恒定律。
宇称守恒的游戏规则规定，粒子和它的镜象（即反粒子）是完全对称的。站在镜子前的人和镜子里的象，除了左右相反之外是完全一样的。不但模样相同，行为也完全一致。按照这个游戏规则，粒子和反粒子就象是阿拉伯数字的8或英文字母H，把它反过来或旋转180度仍然是8和H，没有丝毫不同之处。
"宇称守恒定律"统治了物理学界许多年。在这个概念下粒子既然和它的镜象是完全对称的，就不存在寿命长短不同的可能，因而大爆炸后宇宙空间的粒子总是正反一样多，湮灭之后就不论哪一种都不存在了。这样，镜象对称就不承认反物质可以单独丢失。换句话说，我们又回到了宇宙应该是空无一物的问题上。
但是，镜象一定是对称的吗？
怀疑是科学发现的起点，科学家们开始寻找物质不服从镜象对称规则的事实。他们选择B介子作为研究的对象，在芝加哥的一台粒子加速器上观察B介子和它镜象的衰变速度是不是一样的。所以选择B介子，是因为它衰变很快，不必长时间地等待它"终老天年"。若它长命百岁，观察者可就有点为难了。
实验结果是惊人的：二者的衰变速度果然并不一致！B介子不是8，也不是H，它象个英文字母p,反过来的镜象则变成了一个q。p和q怎么说也不是对称的。这在术语上叫做"电荷宇称的直接不守恒"，意思是物质和反物质之间实际上并不是完全对称的镜象关系。
其他科学家在研究K介子和它的镜象时也得到了类似的结果。今年，美国斯坦福加速器中心的科学家使用一台1200吨重的庞大粒子探测器作研究，也发现B介子和反B介子的衰变速率并不相同。
这意味着物质和镜象的行为是不一样的，正寿命和反寿命也可以不一样长。在这里（+1）+（-1）≠0了。
试想一下，你镜象里的影子老得比你快，你还在青春时期，他却已经老态龙钟。这很难以思议，但事实就是如此。我们不能用日常的常识来判断科学现象。
探索宇宙深处的反世界是科幻小说极诱人的好题材。但是根据"电荷宇称的直接不守恒"，如果有哪个顽强勇敢的船长真要去寻找这个奇异的反物质新大陆，看来多半是要失望而归的。
尽管科学家在空间和加速器上都捕获到过反物质，但不等于存在着一个反物质世界。这些零零碎碎、此起彼伏的反粒子实际上只能存在极短的时间，要不了百万分之一秒就和周围的物质光电火花般一闪而湮灭，无论如何形成不了一个反世界的气势和规模。所以不论在空间还是在人间，反物质只有在非常特殊的情况下才会出现，数量也微不足道。这对我们是非常幸运的，不然恒星、地球和我们自己都不会出现在世界上，读者们也不会读到这篇文章。
我们已经知道高能量的撞击可以产生出物质，那么物质的湮灭自然也可以释放出同样多的能量。湮灭能比核分裂的能量还要大得多。只要很少一点点反物质就可以作为能源使用，这样高效率的燃料为什么不加以利用呢？例如可以用作宇宙飞船的燃料。有人估计，15毫克（0.015克）物质的湮灭能就足以驱动星际的宇宙飞船，但也有人认为要20公斤（20，000克）的。估计数字差异这样大，反映了人们刚刚才开始认识到它的价值。
问题是怎样弄到这些反物质，现成的既然没有，那就人工制造吧。
欧洲核子研究中心的实验室是世界上最大的反粒子制造厂，它目前一个小时能生产出2，000个反氢原子。我们暂时撇开生产成本不计，干一天就有48，000个，一年就是17，520，000个！积年累月最终不就有一大堆了吗？也许有朝一日可以把一座反氢制造厂发射到太阳系之外恒星稀少的空间，让它天长地久地慢慢积累，让它成为一个未来的星际加油站，为银河旅行的宇宙飞船（不管是我们的还是外星人的）灌满他们的"油箱"。
科幻小说曾经描写过利用沿途的空间反物质作能源的宇宙飞行，现在知道太空中不会有很多反物质，那么人造的太空加油站就是一个替代的办法。
遗憾的是实现的可能性远不如期望的那么大。首先是产量的问题，氢原子（反氢原子）太小了，造上一个世纪也不够一个针头大。其次，即使以愚公移山的精神坚持下去，也没有那么大的容器来盛装这个脾气暴躁的"炸弹"。物质和反物质就象带有先天的、刻骨铭心的深仇大恨，只要一照面就非要拼死厮杀不可，直到同归于尽方才罢休。要使它们哪怕是暂时的停火，加油站的油库就必须有极其严格的隔离设施不可，否则加油站就会毁于一旦。这样的隔离设施本身就是一个极其复杂的、吓人的庞然大物。我们且看看世界上最大的日内瓦欧洲粒子研究中心是怎样保存反质子的。
反质子在粒子加速器里产生出来之后处于猛烈窜撞的状态，到处寻找和它不同的"异教徒"进行厮杀。为了不让它立即全部湮灭，首先让它穿过一层金属，这时有一半的反质子在这里发生湮灭。再让已耗掉一些能量而稍微安静些了的另外一半去和电子群相碰（反质子与电子都带负电荷，不会发生湮灭），以碰掉它剩下的大部分能量。最后才把它装进一个接近绝对零度的真空容器里。低温的目的是进一步压制它残余的活动能量，真空则可以避免它和空气分子发生接触。容器的四壁还有一个强大的隔离磁场，反质子只能在磁场里弹来跳去无法碰到壁上。总之，必须把反质子关在象囚禁基度山伯爵的达尔夫堡那样的、与世隔绝的死牢里。它纵然有满腔的怒气，也找不到拼杀的对手。
你看有多复杂？
但即费了这么大的劲，反质子也只能存在10秒钟。
这10秒钟的寿命，可是科学家花了半个世纪时间换来的。
现在我们可以想象，造这个太空加油站可不是件容易的事情。不过，造一块供火车或地面发电站使用的反物质大概迟早还是可能的。当然，科学技术在发展，将来制造反粒子也许不需要长达几十公里的粒子加速器，1小时也不止生产2000个反氢，也会有更简单的保存方法。但至于制造一个人造的反世界，指望恐怕是没有的了，至少现在看来是这样。
(完)
本文由作者本人提供，飞腾获独家授权。
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